Conteúdo volumétrico da água no solo via modelos de competição interespecífica
DOI:
https://doi.org/10.29215/pecen.v2i2.1038Resumo
O objetivo do presente trabalho é obter uma ferramenta que possa contribuir para a predição da umidade no solo, considerando um solo heterogêneo e bem drenado, para um determinado período de tempo. No balanço hídrico, como critério de redistribuição da água no solo é feita uma analogia com o modelo de competição em dinâmica de populações. Esta analogia pode ser explicada observando o movimento da água no solo a partir de uma “competição” pela água entre os diferentes compartimentos do solo. Esta competição pela água ocorre na prática pela diferença de potencial hidráulico em cada profundidade de um perfil de solo. Dessa forma, a modelagem proposta é baseada nos modelos de competição interespecífica. Além disso, a metodologia apresentada se caracteriza por possuir uma solução numérica mais estável e mais eficiente do que a tradicional e altamente não-linear equação de Richards. Resultados numéricos foram comparados a partir de resultados obtidos pelo programa Hydrus-1D.
Palavras chave: Modelagem matemática, equação de Richards, simulação numérica, recursos hídricos.
Referências
Bornhöft D. (1994) A simulation model for the description of the one-dimensional vertical soil water flow in the unsaturated zone. Ecological Modelling, 75/76: 269-278. Doi: 10.1016/0304-3800(94)90024-8
Burden R.L. & Faires J.D. (2011) Numerical Analysis. Brooks/Cole: MA. 872 p.
Caviedes-Voullieme D., Garcia-Navarro P. & Murillo J. (2013) Verification, conservation, stability and efficiency of a finite volume method for the 1D Richards equation. Journal of Hydrology, 480: 69–84. Doi: 10.1016/j.jhydrol.2012.12.008
Celia M.A., Bouloutas E.T. & Zarba R.L. (1990) A general mass-conservative numerical solution for the unsaturated flow equation. Water Resources Research, 26(7): 1483–1496. Doi: 10.1029/WR026i007p01483
Dardanelli J.L., Ritchie J.T., Calmon M., Andriani J.M. & Collino D.J. (2004) An empirical model for root water uptake. Field Crops Research, 87: 59-71. Doi: 10.1016/j.fcr.2003.09.008
Edelstein-Keshet L. (2005) Mathematical Models in Biology. SIAM Classics in Applied Mathematics. 586 p.
Eymard R., Gutnic M. & Hilhorst D. (1999) The finite volume method for Richards equation. Computational Geosciences, 3(3–4): 259–294. Doi: 10.1023/A:1011547513583
Forsyth P.A., Wu Y.S. & Pruess K. (1995) Robust numerical methods for saturated-unsaturated flow with dry initial conditions in heterogeneous media. Advances in Water Resources, 18(1): 25–38. Doi: 10.1016/0309-1708(95)00020-J
Lai W. & Ogden F.L. (2015) A mass-conservative finite volume predictor–corrector solution of the 1D Richards’ equation. Journal of Hydrology, 523: 119–127. Doi: 10.1016/j.jhydrol.2015.01.
Murray J.D. (2002) Mathematical Biology - An Introduction. 3° edition. Springer-Verlag: New York. 553 p.
Reichardt K. & Timm L.C. (2004) Solo, planta atmosfera: conceitos, processos e aplicações. Barueri, SP: Manole. 478 p.
Richards L.A. (1931) Capillary conduction of liquids through porous mediums. Physics, 1(5): 318–333. Doi: 10.1063/1.1745010
Simunek J., Sejna M., Saito H., Sakai M. & van Genuchten M.T. (2009) The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the One-dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-saturated Media. Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, CA.
Simunek J., Sejna M. & Van Genuchten M.T. (1999) HYDRUS-2D: simulating water flow and solute transport in two-dimensional variably saturated media, Technical Report, IGWMC, Golden, CO, USA.
Takeuchi J., Kawachi T., Imagawa C., Buma N., Unami K. & Maeda S. (2010) A physically based fvm watershed model fully coupling surface and subsurface water flows. Paddy Water Environment, 8: 145–156. Doi: 10.1007/s10333-009-0193-7
Vale I.G., Delgado A.R.S. & Ventura S.D. (2016) Sistemas de viabilidade agrícola sustentáveis. Irriga, 21(2): 342-351. Doi: 10.15809/irriga.2016v21n2p342-351
Van Genuchten M.Th (1980) A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal, 44: 892-898. doi: 10.2136/sssaj1980.
x
Zadeh K.S. (2011) A mass-conservative switching algorithm for modeling fluid flow in variably saturated porous media. Journal of Computational Physics, 230(3): 664–679. Doi: 10.1016/j.jc p.2010.10.011
Zadeh K.S., Shirmohammadi A., Montas H.J. & Felton G. (2007) Evaluation of infiltration models in contaminated landscape. Journal of Environmental Science and Health Part A, 42(7): 983–988. Doi: 10.1080/10934520701373000
Zambra C.E., Dumbser M., Toro E.F. & Moraga N.O. (2012) A novel numerical method of high-order accuracy for flow in unsaturated porous media. International Journal for Numerical Methods Engineering, 89: 227–240. Doi: 10.1002/nme.3241
Downloads
Publicado
Edição
Seção
Licença
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos / Authors who publish in this journal agree to the following terms:
A) Autor(es) e o periódico mantêm os direitos da publicação; os autores concedem ao periódico o direito de primeira publicação, sendo vedada sua reprodução total ou parcial sob qualquer caráter de ineditismo; qualquer utilização subsequente de trechos de manuscritos (e.g., figuras, tabelas, gráficos etc.) publicados na Pesquisa e Ensino em Ciências Exatas e da Natureza deve reconhecer a autoria e publicação original / Author (s) and the journal maintain the rights of publication; the authors grant the journal the right of first publication, being prohibited their total or partial reproduction in any character of novelty; any subsequent use of excerpts from manuscripts (e.g., figures, tables, graphics, etc.) published in Research and Teaching in Exact and Natural Sciences must acknowledge the original authorship and publication.
B) Autores tem o direito de disseminar a própria publicação, podendo, inclusive disponibilizar o PDF final do trabalho em qualquer site institucional ou particular, bem como depositar a impressão da publicação em bibliotecas nacionais e internacionais / Authors have the right to disseminate the publication itself, and may also make available the final PDF of the work in any institutional or private site, as well as depositing the printing of the publication in national and international libraries.